Summary
والهدف من هذا البروتوكول هو لإجراء الفحص السلوكي مثل مجموعة الإنتباه تحويل المهام (AST) لتقييم الفص الجبهي المرونة بوساطة القشرة المعرفية في الفئران.
Introduction
تم تطوير مجموعة الإنتباه تحويل المهام (AST) كمقياس للاهتمام والمرونة الإدراكية لدى الفئران أكثر من عشر سنوات 1،2. وعلى غرار AST بعد المكون intradimensional / extradimensional من كامبريدج العصبية اختبار البطارية الآلي (جامعة كيمبردج) الذي يستخدم لتحديد الخلل المعرفي في البشر والرئيسيات غير البشرية 3،4. في حين أن القدرة على تعلم القواعد البسيطة لا تزال على حالها، والعجز في التعلم لتعديل استجابة عندما تغيرت قواعد توجد في المرضى الذين يعانون من مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية والنفسية (أي والفصام، واضطراب الوسواس القهري، والاكتئاب)، واضطرابات العصبية (أي، مرض باركنسون) ولدى المرضى الذين يعانون من آفات إلى القشرة قبل الجبهية 5. أكثر عموما، يتم وصف هؤلاء المرضى وجود عجز في المرونة الإدراكية. وقد ثبت عجز مماثلة في كل من الرئيسيات غير البشرية والقوارض عندما الآفات رس قشرة الفص الجبهي قد يسببها 1،6-8. هذا العجز تشير إلى وجود حالة من عدم المرونة الإدراكية أو ضعف القدرة على تحويل مجموعة الإنتباه.
يتم تشكيل مجموعة الإنتباه عندما يتعلم موضوع مجموعة من القواعد يمكن تطبيقها للمؤثرات معقدة من أجل التفريق ذات الصلة من الاشارات غير ذات صلة. على سبيل المثال، في AST، سوف حيوانات تعلم على الاهتمام والرد على جديلة ذات الصلة (أي حفر المتوسطة) وتجاهل جديلة لا صلة لها بالموضوع (أي رائحة)، قبل الاقتران مكافأة الطعام مع المتوسط. ثم يتم تدعيم هذه الشراكة في المهام اللاحقة حيث لا يزال نوع من حفر التغييرات المتوسطة ورائحة، ولكن الجمعية تقرن بين المتوسطة والثواب. هذه القاعدة عززت تشكل مجموعة المعرفي. مرحلتين ضمن بروتوكول AST قياس جوانب المرونة الإدراكية: الانعكاس والتحول خارج الأبعاد. في مرحلة الانعكاس، والمحفزات السلبية سابقا ضمن dimensio واحدن (المتوسطة في هذا المثال) هو الآن الإيجابية التي تتحدى الحيوان تجاهل المحفزات الإيجابية من المرحلة السابقة. على سبيل المثال، إذا كان يشعر المتوسطة حفر المحفزات الإيجابية في المرحلة السابقة، وكانت الورقة المحفزات السلبية، والآن العكس هو الصحيح. هذه التحديات المرونة الحيوان في ذلك يجب أن تحافظ على مجموعة الإنتباه (أي والمتوسطة هو البعد ذات الصلة)، في حين تغيير الحكم المستفادة من أجل تحفيز ومكافأة الزوج ضمن البعد. يتم الطعن في تشكيل مجموعة الإنتباه في خارج الأبعاد مرحلة التحول، عندما البعد غير ذي صلة (رائحة في هذا المثال) يصبح البعد ذات الصلة. رد مواظب، كما هو مبين من قبل استمرار خيار استخدام القاعدة تعلمت سابقا، في أي مرحلة يعكس عجزا في المرونة الإدراكية.
وقد أظهرت الدراسات الآفة في كل من الرئيسيات غير البشرية والقوارض مناطق معينة من القشرة قبل الجبهية يمكن أن يعزى إلى القدرة على الأداء الإقتصادي الأداءمكتب إدارة السجلات مراحل معينة من AST 1،9. الآفات إلى القشرة الأمامية المدارية (OFC)، ودون الإقليمية من قشرة الفص الجبهي (PFC)، وقد ثبت للحث على العجز في انعكاس التعلم على AST 8. بالإضافة إلى ذلك، والآفات إلى قشرة الفص الجبهي (MPFC) الرصاص وسطي لصعوبات محددة في أداء التحول خارج الأبعاد.
في حين تم إجراء العديد من الدراسات باستخدام AST في الفئران والقرود غير البشرية، وقد استخدمت قليل نسبيا AST كمقياس للوظيفة الادراك في الفئران. ونظرا لسهولة التلاعب الجيني في الفئران، والحاجة الماسة لقياس وظيفة قشرة الفص الجبهي في دراسة مجموعة متنوعة من الاضطرابات، والتكيف والتحقق من صحة هذا الإجراء السلوكي في الفئران هو إضافة مهمة للبحوث حول الأمراض المرتبطة ضعف PFC. بروتوكول مفصلة هنا هو تعديل لهذا الإجراء من قبل Birrell وبراون 1 الذي هو الأمثل لتطبيقها في الفئران ويعكس العديد من الماوس specifiج التعديلات التي تم الإبلاغ عنها سابقا 2،6،10-13.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: الحيوانات المستخدمة في هذه الدراسة هم من الذكور C57BL / 6J الفئران بين 4 و 6 أشهر من العمر لأفضل النتائج. يتم الاحتفاظ الفئران على دورة الخفيفة العكسية من أجل اختبار ملائم لهم خلال (المظلمة) المرحلة النشطة. إذا يتم تنفيذ السلوك في غرفة منفصلة عن السكن، ويسمح الفئران على الأقل 1 ساعة للتأقلم النقل التالية إلى قاعة الاختبار. يتم تنفيذ اختبار السلوكية في ظل ظروف الإضاءة الحمراء تقليل تعطل النشاط الطبيعي للفئران أقل قدر ممكن في حين لا يزال يسمح للإضاءة كافية المجرب لمراقبة بصريا جلسة الاختبار.
ملاحظة: تم تنفيذ جميع جوانب الإجراء التجريبي الموصوفة هنا في اتفاق مع دليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية، طبعة 8 (NRC)، وتمت الموافقة من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي في جامعة تكساس للعلوم الصحية مركز في سان انطونيو.
> 1. إعداد التجريبي
- ملء [رمكينس] السيراميك (غير مسامية؛ 1.5 "عمق × 2.5" القطر)، إلى حافة الداخلية مع حفر المتوسطة (حوالي 1 "من أسفل)؛ جولات ورق الترشيح في قطع نصف، وسجلت لداخل الخلفي من رامكين (الشكل 1A)
- كسر المحلاة طفيفة الحبوب الجافة الإفطار (مكافأة الغذاء) - العسل البندق أو أصناف السكر المغلفة، إلى ما يقرب من 20 قطعة ملغ لمراحل التأقلم والتدريب والاختبار.
- تقديم مجموعة الإنتباه تحويل المهام (AST) غرفة (الشكل 1B): تأقلم تدريب واختبار كل الماوس في غرف فردية؛ يوصي إنتاج لا يقل عن 8 غرف.
- بناء غرفة AST 12 "× 8" س 7 ". الجدران والبوابات بداية مصنوعة من الاكريليك الأبيض مبهمة التي هي سهلة لتنظيف مع 70٪ من الإيثانول. على غرار المقصلة، بوابة الانطلاق القابلة للإزالة تفصل غرفة في منطقة الانتظار (5 "× 8") ومنطقة الاختبار (7 "× 8").
- تشمل مسح 5221، X7 "التقسيم القابلة للإزالة التي تفصل الجانبين من منطقة الاختبار بالتساوي. قطع ثلاثة ¼ "ثقوب قطرها إلى الجزء السفلي من التقسيم للسماح للاستنشاق الوصول، متباعدة 1"، وبصرف النظر 1 "من أمام قسم (الشكل 1C).
2. إجراء نظرة عامة (الشكل 2)
- قبل AST والفئران منزل على حدة، وتمكينهم من التكيف مع دورة الخفيفة العكسية لمدة أسبوع واحد على الأقل.
- تأقلم وتدريب واختبار كل حيوان في غرف فردية الاختبار. تعيين كل من المجلسين على الماوس واحد ونظيفة مع الايثانول 70٪ بعد الانتهاء من اليوم الأخير من الاختبار. وهذا تقليل الإجهاد خلال اختبار عن طريق جعل رائحة الغرفة مثل "الوطن قفص" أو "النفس".
- رائحة القدور اختبار 2 أيام قبل الاختبار للسماح للرائحة لتبديد. سوف الفئران لا حفر في الأواني التي لها رائحة قوية جدا. باستخدام حقنة مع 25 G إبرة، إضافة حوالي 0.1 مل منمن الضروري النفط إلى أعلى ورقة الترشيح.
3. التعامل مع المواد (أيام 1-8)
- التعامل مع الفئران ابتداء 8 أيام قبل اليوم الأول من تقييد الغذاء. وهذا سوف يقلل الإجهاد المرتبطة معالجة أثناء الاختبار.
- وزن ووزن الجسم كل يوم سجل من التعامل معها. التعامل مع كل فأر 2-3 دقيقة في اليوم الواحد.
- إذا المجربون متعددة وأن تشارك في اختبار مجموعة من الفئران، وضمان أن كل مجرب يشارك في عملية مناولة لزيادة الألفة مع المجربون والحد من التوتر والقلق من ذوي الخبرة في مجال التدريب أو اختبار أيام.
- مواصلة معالجة وتسجيل الأوزان طوال مدة الاختبار.
4. الأغذية تقييد (أيام 9-12)
- اعتبارا من 4 أيام قبل بداية التأقلم والفئران مكان على نظام غذائي تقتصر على الحفاظ على الفئران في 80-85٪ من وزن الجسم فراغهم التغذية. إعطاء 1 غرام من المواد الغذائية في الماوس في اليوم الواحد. إذا انخفض وزن الجسم أدناهالنطاق المحدد إعطاء 2 غرام يوميا حتى عودتهم إلى النطاق المناسب.
- ضع 2 [رمكينس] في الجزء الأمامي من كل قفص المنزل من أجل السماح الفئران ليتأقلم مع الأواني الاختبار. هذه هي نفس البقع التي تستخدم لتدريب الماوس على التنقيب عن مكافأة الغذاء.
- إضافة 2 غرام من المواد الغذائية و1 قطعة من مكافأة الغذاء (نصف قطعة من الحبوب في كل منهما) في [رمكينس] كل يوم لمدة 4 أيام.
- إذا السلوك التي يتعين القيام بها في غرفة منفصلة من تلك التي يتم إيواء الفئران، ابتداء من اليوم 1 من تقييد الغذاء والفئران نقل إلى غرفة الاختبار لا يقل عن 1 ساعة يوميا قبل العودة إلى غرفة السكن للسماح لل لهم يتأقلم مع غرفة الاختبار.
- في اليوم الأخير من تقييد الغذاء، قبل بدء التأقلم، تغيير الفراش قفص المنزل. لن يتم تغيير الفراش القفص مرة أخرى إلا بعد اكتمال الاختبار للحد من التوتر أو القلق شهدت خلال التدريب والاختبار (ما لم يكن ضروريا على الاطلاق).
- الحفاظ علىالفئران على تقييد الغذاء حتى نهاية الاختبار. في أيام 13-17، وإعطاء الفئران الطعام بعد التأقلم، والتدريب، أو الاختبار التي تعتمد على تقدير كمية مكافأة الأغذية المستهلكة (عموما <1G من الغذاء بيليه).
5. التأقلم (أيام 13-14)
- ابتداء من 2 أيام قبل بداية التدريب، نفذ التأقلم خلال دورة السوداء تحت الضوء الأحمر.
- نشر كمية صغيرة من الفراش القذر من قفص المنزل في غرفة، وهذا سوف يقلل من الإجهاد يجري في بيئة جديدة من خلال إدخال مألوفة "الوطن قفص" أو رائحة "الأنا" إلى غرفة الاختبار (الغرفة نفسها ستكون تستخدم لماوس واحدة طوال مدة التدريب والاختبار).
- وضع رامكين نظيفة مع الماء في منطقة انتظار للغرفة. الفئران لا تميل لتناول الطعام إذا لم يكن لديهم إمكانية الحصول على المياه.
- ضع اثنين من [رمكينس] التي تم استخدامها لتقييد الغذاء في منطقة الاختبار مع مكافأة الغذائية (~ 20قطعة الحبوب ملغ) في كل منهما.
- ضع الماوس في منطقة الانتظار. إزالة بوابة البداية والسماح الماوس لاستكشاف الغرفة لمدة 1 ساعة.
- باستمرار إضافة المكافآت الغذائية (~ 20 ملغ قطعة الحبوب) إلى [رمكينس] فارغة من أجل تشجيع الفئران لاستكشاف المنطقة الاختبار والأواني في كثير من الأحيان.
- تأكد من أن الماوس يمكن أن يرى المجرب طوال فترة التأقلم ذلك أن وجود المجرب ليس الضغوطات المضافة خلال الاختبار.
6. التدريب (يوم 15)
- ضع الماوس في منطقة الانتظار.
- ضع [رمكينس] فارغة، تحتوي كل منها على مكافأة الغذائية (~ 20 ملغ قطعة الحبوب)، في منطقة الاختبار ورفع البوابة البداية. السماح الماوس 3 دقائق لاسترداد كل المكافآت الغذاء. كرر هذه الخطوة عدة مرات.
- تدريجيا إضافة نشارة الخشب / الماوس الفراش القفص لالأواني في التجارب اللاحقة. السماح الماوس 3 دقائق لاسترداد مكافأة الطعام من كل وعاء قبل إنهاء ثلاثيآل. مرة واحدة وقد استرجاع الماوس المكافأة الغذائية من كل وعاء، والمضي قدما إلى المحاكمة المقبلة. إذا لم الماوس جعل محاولات حفر مرة واحدة يتم تغطية مكافأة الغذاء جزئيا، ويمكن توفير تلميحات (أي رش الغبار الحبوب على مساحة المكافأة الغذائية، وجعل تثليم في نشارة الخشب على مساحة المكافأة الغذائية، والكشف عن جزء من مكافأة الغذاء).
- متابعة إضافة نشارة الخشب / الفراش بعد كل محاكمة حتى يتم تغطية مكافأة الغذاء بشكل كامل والماوس يوضح موثوق القدرة على حفر في وعاء الكامل للعثور على مكافأة الغذاء.
- إذا كان الماوس لم يثبت بشكل موثوق القدرة على العثور على مكافأة الطعام في وعاء كاملا في غضون 2 ساعة من بداية التدريب، والاستمرار في اليوم الثاني من التدريب. الحفاظ على الماوس على تقييد الغذاء وتكرار هذا الإجراء في اليوم التالي.
- إذا فشل الماوس على التنقيب عن مكافأة الطعام بعد يومين متتاليين، استبعاده من تبقى من التجربة، والحواشي على أنها "فشلت في حفر" في إكسبسجل erimental.
7. اختبار (أيام 16-17):
- في يوم واحد، واختبار التمييز بسيط (SD)، والتمييز مجمع (CD)، عكس (R1)، والتحول داخل الأبعاد (IDS).
- في اليوم الثاني، اختبار التحول داخل الأبعاد 2 (IDS2)، والتحول داخل الأبعاد 3 (IDS3)، عكس 2 (R2؛ اختياري)، والتحول خارج الأبعاد (EDS).
- وسائل الإعلام الزوج والروائح كما هو مبين في الجدول 1.
- في ذلك الوقت على التعامل مع التجارب اليوم، وإعطاء الفئران واحد مكافأة الغذاء لتجنب عدم التركيز أثناء الاختبار بسبب الجوع. من هذه النقطة حتى نهاية يوم الاختبار، لا تقدم أي طعام إلا مكافآت للالخيارات الصحيحة.
- في بداية الاختبار، وذلك باستخدام ملقط (يحد من انتشار الروائح بين الأواني)، ضع قطعة من ثواب الطعام في وعاء يشير إلى الاختيار الصحيح. مكافأة الغذاء يجب تغطيتها بالكامل من قبل وسائل الإعلام (انظر الشكل 3). لتجنب رائحة جديلة من مكافأة الغذاء، رش الحبوب الغبار سالاصدار جميع الأواني في بداية المرحلة.
- ضع الماوس في منطقة الانتظار مع بوابة بداية مغلقة. وضع الأواني على جانبي الغرفة الاختبار. تبدأ المحاكمة عند إزالة بوابة بداية وبدأت الموقت. يسمح لكل الماوس 3 دقائق لكل محاكمة لاتخاذ خيار. تسجيل الخيار (الصحيح أو غير صحيحة) والوقت حتى جعلت الماوس خيارا لكل محاكمة.
ملاحظة: يشار إلى "الاختيار" من محاولة لحفر في أي وعاء. يتم تسجيل حفر فقط كخيار إذا الماوس وتشريد وسائل الإعلام ومطعون أنفها بعيدا بما فيه الكفاية في الفضاء فإنها تخلق للعثور على مكافأة طعام أو ما يكفي النازحين من وسائل الإعلام للكشف عن مكافأة الغذاء. إذا لم تصدر ماوس خيارا ضمن 3 دقائق، يتم تسجيل هذا كما لا خيار (غير صحيحة). - مرة واحدة أحرز اختيار إما وعاء، وإزالة وعاء التي لم يتم اختيارها من غرفة الاختبار. إذا تم إجراء الاختيار الصحيح، والسماح الماوس لإنهاء مكافأة الغذاء قبل وضع الماوس مرة أخرى فيمنطقة الانتظار. إذا تم إجراء اختيار غير صحيح، والسماح الماوس لاستكشاف وعاء لإظهار أنه لا يوجد مكافأة الغذاء لهذا الاختيار قبل أن تعود الماوس إلى صالة الانتظار.
- في نهاية كل محاكمة، ضع الماوس مرة أخرى في منطقة الانتظار واستبدال البوابة البداية.
- تأكد من أن الماوس يفي بمعيار من 8 التجارب الصحيحة على التوالي للتقدم إلى المرحلة التالية من AST. إذا لم ماوس الحصول على 8 الخيارات الصحيحة على التوالي خلال 50 المحاكمات، وفشلت تلك المرحلة، ولا يمكن المضي قدما لإكمال الاختبار. 6 متتالية لا خيارات (3 دقائق من دون اختيار ل) هو عدم المشاركة وتحظر الماوس من الانتقال إلى المرحلة التالية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
هذا الاجراء يعتمد نموذجية في هذا الاختبار هو عدد المحاكمات في مرحلة لتلبية معيار (أو 8 اختيارات متتالية الصحيحة). ويبين الشكل 4A متوسط عدد من التجارب لتلبية المعيار في كل مرحلة في غير المعالجة C57BL / 6J باستخدام AST. كما تشكل الفئران مجموعة الإنتباه على البعد جديلة ذات الصلة (رائحة أو وسائل الإعلام)، والأداء يتحسن، كما يتضح من انخفاض في محاكمات لتلبية المعيار في نوبات intradimensional المتعاقبة، وسوف المراحل انعكاس والتحول extradimensional تتطلب محاكمات إضافية لتلبية المعيار. من المهم لموازنة عدد من الحيوانات التي تبدأ في كل من البعدين ذات الصلة (أي وسائل الإعلام أو رائحة) كما لاحظنا بعض الفرق في مرحلة التمييز بسيطة تنعكس في عدد متزايد من المحاولات لبالمعيار إذا رائحة هي ذات الصلة جديلة (الشكل 4B). إذا كانت التجارب للوصول إلى المعيار في مرحلة SD تختلف بشكل كبير بين عشرالبريد بعدين جديلة ذات الصلة (أي أداء أفضل عند وسائل الاعلام هو ذات الصلة كما في الشكل 4B)، يمكن تطبيع بيانات الأداء لكل الماوس خلال مراحل لاحقة لأدائها خلال المرحلة التمييز بسيطة. كما هو موضح في الشكل 4C، هذه الخطوة تطبيع يقلل التفاوت المقترنة تعلم جديلة ذات الصلة في البداية، ويعزز التصور من تحسن الأداء في المراحل اللاحقة IDS. وعلى الرغم من أحجام مجموعة من ~ 20 الفئران ستكون كافية للسماح تحليل البيانات الخام دون التطبيع. الأهم من ذلك، زيادة كبيرة في التجارب لتلبية المعيار خلال extradimentional التحول بالنسبة للتحولات intradimentional السابقة يشير هو تدبير الرقابة هاما من صلاحية اختبار (الشكل 4D و4E). قبل مرحلة التحول ED، الفئران تتعلم لدفع الانتباه إلى البعد جديلة واحدة ذات الصلة (رائحة أو وسائل الإعلام) من أجل تحديد مكافأة. التحول إلى شمال شرقث البعد جديلة ذات الصلة، والتي كانت في السابق غير ذي صلة، يفترض أن تحتاج إلى المزيد من التجارب للوصول إلى المعيار، مما أدى إلى تحول ID / ED. ومن المثير للاهتمام، وكشف تحليل التحول ID / ED ضمن البيانات الخام زيادة كبيرة في التجارب للوصول إلى المعيار بين IDS2 وED (الشكل 4D)، والاتجاه نحو زيادة بين IDS3 وED (لا تظهر البيانات، ص <0.1) وزيادة بين محاكمات متوسط للوصول إلى معيار IDS2 وIDS3 مقارنة ED (لا تظهر البيانات). ومن المثير للاهتمام، كان تحولا كبيرا ID / ED الواضح بين كل من IDS2 وIDS3 مقارنة ED عندما كانت البيانات تطبيع لأداء في مرحلة SD (الشكل 4E).
ومن المتوقع أن حوالي 70-80٪ من السيطرة على الفئران سوف إكمال المهمة بأكملها (20-30٪ معدل التسرب). وتشمل التدابير التي تعتمد بديلة متوسط الكمون لاتخاذ خيار كما يقاس في كل مرحلة من هذه المهمة (على الرغم من أننا قد وجدت أن يكون متغير بدرجة كبيرة بين الفئران)،إجمالي عدد الأخطاء وعدد من الأخطاء "مجموعة الخسارة" في انعكاس ومراحل التحول خارج الأبعاد على النحو الذي حددته Lapiz بلوم وآخرون. 14 حيث وصل عدد المرات التي تم إجراء اختيار غير صحيحة فيما يلي ثلاثة أو أكثر على التوالي الخيارات الصحيحة. زيادة عدد الأخطاء "مجموعة فقدان" قد تشير إلى وجود سلوك مواظب. بالإضافة إلى ذلك، الفئران عادة استكمال كل مرحلة من مراحل الاختبار في أقل من 30 دقيقة (الشكل 5)، ومدة الوقت الذي يقضيه في كل مرحلة هي وظيفة من التجارب للوصول إلى المعيار.
في دراسة سابقة باستخدام نموذج مماثل كما هو مفصل هنا، آفات عصبية إلى OFC أو mPFC في الفئران أظهرت أن يضعف الأداء في انعكاس وخارج الأبعاد مراحل التحول على التوالي، التحقق من صحة استخدام هذا الاختبار لتحديد عجز وظيفي في نفس المناطق والفئران وstudies11 الرئيسيات غير البشرية. في حين أن سلسلة من المهام في الدراسة المذكورة آنفا الخامسبرج الحمل قليلا إلى أن تظهر هنا، فإنه من المتوقع أن الآفات أو العجز في OFC وmPFC سوف يؤدي أيضا إلى ضعف الأداء في R1 وEDS، كما يتضح من زيادة في عدد من التجارب لبالمعيار في تلك المراحل. .
| مرحلة | ذو صلة | أمثلة | ذو صلة | أمثلة | ||
| بسيط التمييز (SD) | متوسط | شعرت (+) | ورقة (-) | رائحة | جوزة الطيب (+) | إكليل الجبل (-) |
| التمييز مجمع (CD) | متوسط | شعرت (+) / جوزة الطيب | ورقة (-) / روزماري | رائحة | جوزة الطيب (+) / فيلت | إكليل الجبل (-) / ورق |
| شعرت (+) / روزماري | ورقة (-) / جوزة الطيب | جوزة الطيب (+) / ورق | إكليل الجبل (-) / فيلت | |||
| انعكاس 1 (R1) | متوسط | ورقة (+) / روزماري | شعرت (-) / جوزة الطيب | رائحة | روزماري (+) / ورق | جوزة الطيب (-) / فيلت |
| ورقة (+) / جوزة الطيب | شعرت (-) / روزماري | روزماري (+) / فيلت | جوزة الطيب (-) / ورق | |||
| التحول Intradimensional (IDS) | متوسط | الكريات | الترتر (-) / القرنفل | رائحة </ td> | القرفة (+) / الكريات | القرنفل (-) / الترتر |
| (+) / القرفة | ||||||
| الكريات (+) / القرنفل | الترتر (-) / القرفة | القرفة (+) / الترتر | القرنفل (-) / الكريات | |||
| IDS2 | متوسط | Pipecleaners | عيون Googly (-) / الزنجبيل | رائحة | الزعتر أحمر (+) / Pipecleaners | الزنجبيل (-) / عيون Googly |
| (+) / الزعتر الأحمر | ||||||
| Pipecleaners (+) / الزنجبيل | عيون Googly (-) / الزعتر الأحمر | الزعتر أحمر (+) / عيون Googly | الزنجبيل (-) | |||
| IDS3 | متوسط | الشريط (+) / فانيلا | شرائط معدنية (-) / ليمون | رائحة | الفانيليا (+) / الشريط | الليمون (-) / شرائط معدنية |
| الشريط (+) / ليمون | شرائط معدنية (-) / فانيلا | الفانيليا (+) / شرائط معدنية | الليمون (-) / الشريط | |||
| R2 | متوسط | شرائط معدنية (+) / فانيلا | الشريط (-) / ليمون | رائحة | الليمون (+) / الشريط | الفانيليا (-) / شرائط معدنية |
| شرائط معدنية (+) / ليمون | الشريط (-) / فانيلا | الليمون (+) / معادن شرائط يسانس | الفانيليا (-) / الشريط | |||
| التحول Extradimensional (EDS) | رائحة | السترونيلا (+) / الغصن | اليانسون (-) / رغوة | متوسط | الرافية (+) / السترونيلا | رغوة (-) / الينسون |
| السترونيلا (+) / رغوة | اليانسون (-) / الغصن | الرافية (+) / الينسون | رغوة (-) / السترونيلا | |||
تم التحقق من صحة الجدول 1. مجموعات مثال على رائحة وحفر المتوسطة. والروائح وسائل الإعلام في حفر هذه المجموعات في هذه الدراسة. وتظهر نتائج ممثلة تم الحصول عليها باستخدام هذه مجموعات محددة في الشكل 2.
hres.jpg "/>
الشكل 1. AST اختبار الغرفة. (A) صورة وأبعاد رامكين ومثال على وضع ورق الترشيح. (B) صورة للغرفة الاختبار AST تكييفها للفئران و (C) رسم تخطيطي ثلاثي الأبعاد للغرفة الاختبار توضح وضع ثقوب داخل القسم.
الشكل 2. حفر المتوسطة. أمثلة من حفر أزواج المتوسطة المستخدمة في هذا البروتوكول كما مفصل في قائمة المواد (ii.-xi.). تمتلئ الأواني تقريبا إلى الحافة الداخلية مع حفر المتوسطة.
الشكل 3. الجدول الزمني للاختبار.
الشكل 4. C57BL / 6J الأداء في AST. (A) متوسط عدد المحاكمات لتلبية المعيار في AST للذكور C57BL / 6J الفئران. البيانات تمثل يعني ± SEM (ن = 22 الفئران / المجموعة)، ص = 0.013 من أجل التأثير الرئيسي للمرحلة. (B) متوسط عدد التجارب للوصول إلى المعيار في مرحلة SD لأبعاد متميزة جديلة الأولية ذات الصلة. البيانات تمثل يعني ± SEM (ن = 22 الفئران / المجموعة)، * ع = 0.01. (C) بيانات تطبيع ممثلة كنسبة مئوية من أداء كل الماوس الفردي في مرحلة SD. البيانات تمثل يعني ± SEM (ن = 22 الفئران / المجموعة)، ص = 0.06 لتأثير الرئيسي للمرحلة. (D) تحول ID / ED في التجارب للوصول إلى المعيار بين IDS2 وED. البيانات تمثل يعني ± SEM (ن = 22 الفئران / المجموعة)، * ع = 0.03. (E) تحول ID / ED في البيانات تطبيع بين IDS3 وED. البيانات تمثل يعني ± SEM (ن = 22 الفئران / المجموعة)، * ع = 0.012.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
العجز في المرونة الإدراكية بوساطة PFC تمثل العجز الكبيرة المرتبطة مع مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية والنفسية العصبية، ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتائج ونوعية حياة الأفراد الذين يعانون من هذه الاضطرابات. تعظيم الاستفادة من AST لاستخدامها في الفئران أمر حيوي للتحقيق الأسس الجينية في الأمراض بالإضافة إلى الفص الجبهي القشرية بوساطة الخلل المعرفي. لقد وجدنا أن الطريقة الموصوفة أعلاه هو مقياس موثوق من العجز المعرفي معين، المرونة الإدراكية، ويقترب عن كثب النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام هذه المهمة في الفئران والقرود غير البشرية. الطريقة الموصوفة هو نتيجة لدراسة استقصائية واسعة من البروتوكولات المذكورة سابقا في الجرذان والفئران وكذلك النصح والإرشاد من خبراء في مؤسستنا.
وقد أظهرت التقارير السابقة باستخدام مهام مماثلة في الفئران القدرة على التكيف مثل هذا الإجراء السلوكي، ولكن مععدة محاذير 2،6،11. Colacicco وآخرون تقتصر على عدد من التمييز اختبارها يوميا إلى 2، التي انتشرت اختبار مدى فترة أربعة أيام 11. تضمين هذا التكرار من أزواج المحفزات تعلمت سابقا في أيام الاختبار متتالية. في حين فعالة، بهدف تطوير بروتوكول المقدمة هنا هو تقليل مدة فترة الاختبار وتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. هنا، ونحن لحد الاختبار لفترة يومين والقضاء على التكرار من أزواج المحفزات تعلمت سابقا. وقد لاحظ الباحثون أن الفئران السابق تتطلب بإفراط لتشكيل مجموعة الإنتباه ومعرض "نافذة القابلية للاختبار" صغيرة التي ستحافظ على effortful الاستجابة. ويتضمن بروتوكول لدينا أيضا بإفراط متواضع على التحول intradimensional ضمن البعد جديلة ذات الصلة في البداية. ولا سيما عند تقييم البيانات تطبيع في الشكل 4C، يبدو أن الفئران تم اختبارها في بروتوكول لدينا قد يحمل عجز الدوري أكثر وضوحانانوغرام عكس intradimensional الثاني (نسبة إلى المرحلة السابقة مباشرة). هذه الملاحظة بما يتفق مع مفهوم بإفراط من أجل ضمان تشكيل مجموعة الإنتباه، كما أظهرت الفئران أيضا تحولا ID / ED. أحد الاحتمالات لماذا الفئران إدامة أداء effortful في منطقتنا بروتوكول (الشكل 5)، والذي ينطوي على متوسط طول دورة 2 ساعة، قد يكون راجعا إلى الاستفادة من دورة الخفيفة العكسية. نحن اختبار السلوك في قاعة الاختبار معزولة والتفاني في ظل ظروف الإضاءة الحمراء خلال الساعات الأربع الأولى من الظلام (أرق) دورة. ومع ذلك، سيتم طلب اختبار منهجي خارج نطاق هذه الطريقة مخطوطة لتحديد ما هي العوامل المساهمة في مدة التي سوف تستمر الفئران لأداء AST، وإذا اشتبه العجز في التمييز الشمي، الغربلة قد يكون له ما يبرره قبل الاختبار كبديل وقد تم الإبلاغ عن منهجيات خالية من رائحة.
بالإضافة إلى ذلك، خلالتطوير طريقة الأولية، اكتشفنا أن الفئران الشباب البالغين (8-12 أسبوع من العمر) مع أداء أكبر تقلب أن أقدم قليلا الفئران القديمة 4-6 الشهر. نحن التكهن بأن بروتوكول تقييد الغذاء يؤثر تزايد الفئران مختلفة من الفئران أكثر نضجا، والوقت، بمعنى النمو العصبي الكلاسيكية، ويعتبر تطوير دماغ الفأر بالكامل من قبل 6 أسابيع، فمن الممكن أن الانتقال من المراهقة إلى النضج الكبار والبلوغ المبكر إعادة عرض متشابك داخل قشرة الفص الجبهي أداء نخلط AST في الفئران الأصغر سنا. ومع ذلك، لا تزال هذه الأسئلة رائعة من يكتشفها.
وتشمل الاختلافات الأخرى بروتوكولات AST في الفئران محاكمات "الحرة"، وهذا يعني عدد معين من التجارب (عادة 4) في بداية كل مرحلة لا يسجل هدف وسمحت الحيوان لاستكشاف كل من الأواني حتى يتم استرداد المكافأة. لا يتضمن بروتوكول مفصلة هنا أي محاكمات "الحرة". وبالإضافة إلى ذلك، وضعنا requiremeاليلة لتلبية معيار أكثر صرامة (8 التجارب الصحيحة على التوالي إلى بالمعيار بدلا من وصفها سابقا 8/10 محاكمات لتلبية المعيار) ولقد وجدت أن هذا هو مؤشر الفعال للما إذا كان الحيوان قد علمت حقا القاعدة. غارنر وآخرون. أظهرت أن فترة بإفراط بعد IDS (أي تقديم المحفزات ذات الصلة سابقا ل50 محاكمات إضافية) زيادة كبيرة في التجارب لبالمعيار في EDS 2. هنا، نحن وتشمل التحولات داخل الأبعاد متعددة، في محاولة ل"إفرط في التدريب" وضمان تشكيل مجموعة الإنتباه على البعد ذات الصلة، وذلك بالاتفاق مع Bissonette وآخرون. 6. بالإضافة إلى ذلك، غارنر وآخرون. جلسات الاختبار محدودة لحوالي 1 ساعة (أو عند الفأر لم يعد ورد) 2، في حين وجدنا أن الفئران C57BL6 / J بشكل كاف وموثوق بها تقدم من خلال جميع المراحل الأربع قدمت لهم كل يوم تقريبا ضمن فترة 2 ساعة (من أجل السيطرةالفئران). وعلى الرغم من وينبغي النظر في الاختلافات المحتملة في القدرة الحركية بين المجموعات التجريبية عند تفسير الأداء. إجراءاتنا يقيد الوقت والعمل الاستثمارية إلى 17 يوما لكل حيوان من بداية التعامل مع من خلال الانتهاء من الاختبار. فمن المستحسن أن مجرب الفردي يحد من عدد من الفئران تم اختبارها في يوم واحد إلى ما لا يزيد عن 2 (هذا يمكن تعديلها بناء على قدرة الفرد مجرب والخبرة)، الذي يسمح للمجرب واحد القدرة على إكمال الاختبار على الأقل 6 الفئران في الأسبوع. إذا كان اختلال وظائف المحرك أقل ما يقال، وطول كل محاكمة يمكن زيادة، على النحو الصحيح الاستجابة، وليس سرعة الاستجابة، هو المتغير التابع الرئيسيين.
التمييز البصري نماذج مماثلة لتلك التي تم استخدامها لتقييم الأداء الإدراكي في الآونة الأخيرة تم تكييفها للاستخدام في القوارض الرئيسيات غير البشرية، ويمكن استخدامها كبديل للرائحة وdiscriminatio المتوسطةن المهام وصفت هنا. قد يكون هذا النهج ضروريا إذا اختلافات كبيرة في التمييز حاسة الشم موجودة بين المجموعات التجريبية من الفئران. وقد أظهرت Brigman وآخرون أن الفئران نستشف بسهولة المثيرات البصرية المركبة في الهوية والتحول إلى نموذج ED 15. في حين أن هذا الأسلوب الآلي أفضل يمثل الاختبار المستخدمة لدراسة الاختلال الوظيفي قشرة الفص الجبهي في البشر والرئيسيات غير البشرية، وتكلفة الدوائر استثابي وشاشات اللمس المطلوبة لأداء هذا الاختبار الآلي في الفئران يمكن أن تكون باهظة.
فمن المستحسن أن السلوك أن يؤديها كما الدوام ممكن لكل الماوس، أي التعود والتدريب وينبغي إجراء اختبار في نفس الوقت من اليوم لكل حيوان. وعلاوة على ذلك، ينبغي أن تظل الغرفة السلوك دون تغيير في كافة مراحل التجربة، مما يجعل استخدام المشتركة / مساحة المجتمع إشكالية نظرا لتدفق حركة المرور لا يمكن السيطرة عليها، ورائحة المقدمة، وما إذا الحيوانات ليتم نقلهامن غرفة السكن إلى غرفة السلوك بعد (كما هو الحال هنا)، ينبغي أن تؤخذ في نفس الطريق في كل مرة. يجب أن تكون الغرفة السلوك في منطقة حيث لن تكون منزعجة المجرب والحيوانات أثناء إجراء الاختبار. إذا المجربون متعددة يؤدون مهمة في نفس الغرفة، والدخول والخروج من الغرفة كما يجب أن يقتصر وقت ممكن لتجنب أي ضوضاء صاخبة أو اضطراب التي قد تزيد من التوتر أو القلق من الحيوان أثناء الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون حذرا المجربون في إزالة واستبدال البوابة البداية وكذلك الأواني داخل وخارج الغرفة وذلك لخلق القليل من الضجيج والاضطراب ممكن. وقد أثبتت تجارب أجريت على الفئران أن أداء AST يمكن تعطلت بسبب الضغوطات المختلفة.
شم من الأواني يجب أن يتم تنفيذ كل أسبوع وعلى نفس يوم كل أسبوع، 2 أيام على الأقل قبل أول يوم الاختبار. فمن المستحسن أن الأواني والرائحة في تنفيس جيدامنطقة ilated خارج المنطقة التي كان الاختبار التي يتعين القيام بها (على سبيل المثال مختبر مستقل، مدخل، غطاء الدخان). هذا سوف يساعد على تجنب التلوث المتبادل من الروائح وسوف تجنب الخلط بين الفئران مع الروائح التي ليست جزءا من الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، قبل وأثناء الاختبار، والروائح القوية والتي قد يصرف الحيوان من التمييز (أي استهلاك العلكة أو القهوة على الفور قبل الاختبار، والعطور قوي / مزيل العرق، الخ) وينبغي تجنب للسبب المذكور. يجب المجربون الرغبة في استخدام بديل المتوسطة حفر خلافا لما هو موضح في هذا البروتوكول، فمن المستحسن أن يكون متوسط الكثافة والوزن مماثلة لتلك التي وصفها هنا (الوزن المفرط / الكثافة يجعل من الصعب على الماوس لحفر نحو كاف). على سبيل المثال، وجدنا أن حبات بلاستيكية صغيرة لم تكن مناسبة لأنهم كانوا من الصعب على الفئران لدفع جانبا. بالإضافة إلى ذلك، أي وسائل الإعلام مع رائحة قوية جدا (على سبيل المثال، الشرائط المطاطية وبعض بلاستالمواد جيم) ليست مناسبة لأنها قد تتداخل مع القدرة على الكشف عن الروائح التي يجري اختبارها.
يجب أن يتم تنفيذ التدريب والاختبار للماوس على حدة بواسطة مجرب واحد، ويمكن أن يتم إلا التأقلم من قبل أي مجرب طالما أنهم شاركوا في التعامل معها. جميع الأواني التي تستخدم في المراحل الأربع يؤديها كل يوم يجب أن يكون في متناول اليد وذلك للحد من كمية الوقت الحيوان في منطقة الانتظار بين مراحل. هذا وسوف تساعد على الحفاظ على انتباه الماوس على كل مهمة. وعلاوة على ذلك، بمجرد بدء الاختبار من المهم عدم التوقف لحين الانتهاء من المهام لهذا اليوم من اختبار (أي جميع مراحل 4 لكل يوم الاختبار يجب أن تكتمل في سلسلة متتالية).
في الختام، بروتوكول الموصوفة هنا يوفر إرشادات منهجية مفصلة للاستخدام الفعال للAST لقياس الفص الجبهي وظيفة الادراك القشرية التي تعتمد في الفئران، بما في ذلك وصفتحليل البيانات والمحاذير المحتملة. وذكرت مجموعة متنوعة من أساليب AST الماوس في الأدب الابتدائي، مع كل التفاصيل الإجرائية المميز الخاص بها. فإن اقتران فريدا للمعلومات يستند إلى نص والمرئية على حد سواء أن تكون مفيدة بشكل خاص للباحثين محاولة ضم هذا الاختبار السلوكي قوية إلى مرجع علمي بهم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
أعلنت أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
وأيد هذا البحث من المنح المقدمة R01-MH090127، P30-MH089868 من المعهد الوطني للصحة العقلية وعدد الجائزة UL1TR001120 من المركز الوطني للنهوض بالحركة العلوم. المحتوى هو فقط من مسؤولية الكتاب ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للNIMH أو NCATS. بالإضافة إلى ذلك، نود أن نعترف بامتنان الدكتور ديفيد Morilak لخبرته القيمة في توجيه تطوير طريقة المبكرة.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Testing Chamber | Fabricated in-house, specifications can be found in protocol | ||
| 3 oz. Ramekins | BIA Cordon Bleu | 900002S12 | Purchased on amazon.com |
| Essential Oils: | Fronteir Natural Products Co-Op | Purchased on http://www.frontiercoop.com/prodlist.php?ct=anpceoeo | |
| Clove Bud | 191114 | ||
| Red Thyme | 191140 | ||
| Lemon | 190810 | ||
| Cinnamon Leaf | 191111 | ||
| Rosemary | 191133 | ||
| Citronella Java | 191112 | ||
| Vanilla in jojoba oil | 191231 | ||
| Anise Seed | 191102 | ||
| Ginger | 191121 | ||
| Nutmeg | 191161 | ||
| Filter Paper, 9.0 cm diameter | VWR International | 28310-048 | Purchased on https://us.vwr.com/ |
| Digging Media | |||
| Raffia | Ashland 8 oz Raffia | Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips |
|
| Green Felt | Creatology Basic Felt Forest/Dark Green 36 in x 36 in | Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1 cm x 1 cm squares |
|
| Brown foam | Creatology Fun Foam 18 x 12 in sheets (light brown/tan) | Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1/2 cm x 2 cm rectangles |
|
| Crepe paper (yellow) | Celebrate It Paper Crinkle 4 oz yellow jumbo | Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips |
|
| Ribbon (turqoise) | Celebrate It Wide Ribbon 4 in x 10 yd 100% polyester | Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1 cm x 1 cm squares |
|
| Metallic | Celebrate It Metallic Crinkle Gold 2 oz | Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips |
|
| Googly Eyes, 4 mm | ME4144 | Purchased on http://factorydirectcraft.com/index.php | |
| Black Sequins, 3 mm | 8780BK | ||
| Pink Pom Poms, 1/4 inch | 1018221 | ||
| Pipe Cleaners, red | 108430 | ||
| Bedding material/sawdust | Obtained from in-house animal resources | ||
| Timer | Control Company | 5000 | Purchased on http://www.control3.com/5000p.htm |
| Lightly sweetened dry breakfast cereal loops | HEB | Honey nut toasted oats used in the protocol described, any lightly sweet coated breakfast cereal is recommended |
References
- Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. J Neurosci. 20 (11), 4320-4324 (2000).
- Garner, J. P., Thogerson, C. M., Wurbel, H., Murray, J. D., Mench, J. A. Animal neuropsychology: validation of the Intra-Dimensional Extra-Dimensional set shifting task for mice. Behav Brain Res. 173 (1), 53-61 (2006).
- Nagahara, A. H., Bernot, T., Tuszynski, M. H. Age-related cognitive deficits in rhesus monkeys mirror human deficits on an automated test battery. Neurobiol Aging. 31 (6), 1020-1031 (2010).
- Rock, P. L., Roiser, J. P., Riedel, W. J., Blackwell, S. Cognitive impairment in depression: a systematic review and meta-analysis. Psychol Med. , 1-12 (2013).
- Stuss, D. T., et al. Wisconsin Card Sorting Test performance in patients with focal frontal and posterior brain damage: effects of lesion location and test structure on separable cognitive processes. Neuropsychologia. 38 (4), 388-402 (2000).
- Bissonette, G. B., et al. Double dissociation of the effects of medial and orbital prefrontal cortical lesions on attentional and affective shifts in mice. J Neurosci. 28 (44), 11124-11130 (2008).
- Chase, E. A., Tait, D. S., Brown, V. J. Lesions of the orbital prefrontal cortex impair the formation of attentional set in rats. Eur J Neurosci. 36 (3), 2368-2375 (2012).
- McAlonan, K., Brown, V. J. Orbital prefrontal cortex mediates reversal learning and not attentional set shifting in the rat. Behav Brain Res. 146 (1-2), 97-103 (2003).
- Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Primate analogue of the Wisconsin Card Sorting Test: effects of excitotoxic lesions of the prefrontal cortex in the marmoset. Behav Neurosci. 110 (5), 872-886 (1996).
- Bissonette, G. B., Powell, E. M. Reversal learning and attentional set-shifting in mice. Neuropharmacology. 62 (3), 1168-1174 (2012).
- Colacicco, G., Welzl, H., Lipp, H. P., Wurbel, H. Attentional set-shifting in mice: modification of a rat paradigm, and evidence for strain-dependent variation. Behav Brain Res. 132 (1), 95-102 (2002).
- Kos, T., Nikiforuk, A., Rafa, D., Popik, P. The effects of NMDA receptor antagonists on attentional set-shifting task performance in mice. Psychopharmacology (Berl). 214 (4), 911-921 (2011).
- Tait, D. S., Chase, E. A., Brown, V. J. Attentional Set-Shifting in Rodents: a Review of Behavioural Methods and Pharmacological Results. Curr Pharm Des. , (2013).
- Lapiz-Bluhm, M. D., et al. Behavioural assays to model cognitive and affective dimensions of depression and anxiety in rats. J Neuroendocrinol. 20 (10), 1115-1137 (2008).
- Brigman, J. L., Bussey, T. J., Saksida, L. M., Rothblat, L. A. Discrimination of multidimensional visual stimuli by mice: intra- and extradimensional shifts. Behav Neurosci. 119 (3), 839-842 (2005).
